Stochastische Kühlsysteme bei GSI und für FAIR



Wasserfalldiagramm der Schottky-Spektren eines primären Uranstrahls, der mit Hilfe eines FRS-Targets (Fragmentseparator) aufgeheizt wurde.

Zunächst mit dem stochastischen ESR-Kühlsystem mit breiter Akzeptanz und anschließend mit dem Elektronenkühler mit kleinerer Akzeptanz gekühlt


Für den Collector Ring (CR) des FAIR-Projekts wird ein stochastisches 1-2 GHz-Kühlsystem entwickelt, um eine schnelle 3D-Kühlung heißer Sekundärstrahlen (Anti-Protonen bei 3 GeV und rare isotopes (RIBs) bei 740 MeV/u) bei Intensitäten von bis zu 10^8 Teilchen pro Zyklus.

Für die Antiprotonenkühlung werden kryogene, plunging (eintauchende) Pick-Up-Elektroden verwendet, um das Verhältnis von Schottky-Signalen zu thermischem Rauschen zu verbessern.

Um heiße RIBs schnell zu kühlen, wurde eine zweistufige Kühlung (Vorkühlung nach der Palmer-Methode und Hauptkühlung nach der Notch-Filter-Methode) beschlossen.

Dieses einzigartige stochastische Kühlsystem das hauptsächlich aus zwei kryogenen, plunging Slotline-Pick-Ups, einem Palmer-Pick-Up und zwei Slot-Ring-Kickern besteht, befindet sich derzeit im Bau[IPAC2023].


Für die pbar-Kühlung wurden die folgenden speziellen Konzepte übernommen, um das Verhältnis von Schottky-Signalen zu thermischen Rauschen zu verbessern:

1) Die Pick-Up (PU) Elektroden bei 30–40 K zu halten;

2) Die Elektroden nach innen mitzufahren, wenn der Strahl schrumpft;

3) Die Notchfiltermethode für die longitudinale Kühlung zu implementieren, um thermische Rauschen herauszufiltern.


(getestet mit β = 0.83 Protonstrahlen bei COSY vom FZJ im Oktober, 2021) [IPAC2023, COOL 2023]

Schematische Darstellung des Prüfaufbaus des fertigen Palmer-Pickups und die entsprechenden Messergebnisse:

Shuntimpedanz über die Bandbreite für den Strahl auf der Achse, Rauschtemperatur über eine erweiterte Bandbreite, die die Wirkung künstlicher kalter Lasten zeigt.



Beam Measurements of a Palmer Pick-Up for the Collector Ring of FAIR

C. Peschke, R. Böhm, C. Dimopoulou, S. Wunderlich, C. Zhang

COOL 2023 Conference, Montreux, Switzerland, Download

 

A 1- 2 GHz Stochastic Cooling System for Antiprotons and Rare Isotopes

C. Zhang, A. Bardonner, R. Böhm, M. Bräscher, B. Breitkreutz, C. Dimopoulou, O. Gorda, R. Hettrich, J. Krieg, C. Peschke, A. Stuhl, S. Wunderlich, F. Esser, R. Greven, H. Schneider, R. Stassen  

IPAC 2023 Conference, Venice, Italy

 

Suspended Ground Microstrip Coupled Slotline Electrode for Stochastic Cooling

S. Wunderlich and C. Peschke,

COOL 2021, Geneva, Switzerland.

 

EXPECTED PERFORMANCE OF THE STOCHASTIC COOLING AND RF SYSTEM IN THE COLLECTOR RING

O. Gorda, C. Dimopoulou, A. Dolinskii, T. Katayama

IPAC2018, Vancouver, BC, Canada

 

Stochastic Cooling Developments for the Collector Ring at FAIR

C. Dimopoulou, D. Barker, R. Böhm, R. Hettrich, W. Maier, C. Peschke, A. Stuhl,

S. Wunderlich, L. Thorndahl,

COOL 2015, Newport News, VA, USA

DOI:10.18429/JACoW-COOL2015-MOYAUD04

 

Stochastic Cooling Of Heavy Ions In The HESR

R. Stassen, B. Breitkreutz, G. Schug, H. Stockhorst

COOL 2015, Newport News, VA, USA

DOI:10.18429/JACoW-COOL2015-MOYAUD02

 

Stochastic Cooling in CR

F. Nolden

2nd MAC Meeting (2009), Egelsbach, Germany


Zwei Doktorarbeiten sind im Gange

• Eduard Boos: Umgestaltung, Verbesserung und zukünftiges Upgrade des ESR-stochastischen Kühlsystems: von Software bis Hardware

• Stefan Wunderlich: Entwicklung von HF-Systemen für stochastische Kühlung

 

Eine Masterarbeit ist im Gange

• Lukas Fischer: Schadensanalyse und Optimierung von Wärmeleitbändern für die Strahlkühlung in einem Teilchenbeschleuniger

 

Zögern Sie nicht, uns für mögliche Doktor- oder Masterarbeiten zu kontaktieren.


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